Gründe für die Verschlechterung der Stromqualität. Netzqualität Wie kann Netzqualität erreicht werden?

Die Hauptverantwortung für die Qualität der Elektrizität sollte bei den EG als Organisatoren der Energieversorgung liegen. Da sie sich heute die Tatsache zunutze machen, dass GOST 13109-97 die Anzahl der Spannungseinbrüche im Laufe des Jahres nicht angibt, führen sie nicht immer die erforderliche Kontrolle durch und achten nicht auf den ordnungsgemäßen Zustand und die Wartung ihrer elektrischen Anlagen. Andererseits kann auch der Verbraucher häufig der Schuldige für die Verschlechterung der SEC sein, indem er in großem Umfang leistungsstarke Ventilwandler, Lichtbogenöfen zum Schmelzen von Stahl und Schweißanlagen einsetzt, die trotz ihrer Wirtschaftlichkeit und technologischen Effizienz die SEC beeinträchtigen. In der Tabelle. Tabelle 13.4 zeigt die Marktteilnehmer, deren Aktivitäten maßgeblich die Stromqualität bestimmen. Lassen Sie uns den Einfluss der Themen des Strommarktes auf die Indikatoren seiner Qualität genauer analysieren.

Energieversorgungsorganisationen

Der Hauptgrund für den niedrigen CE liegt hier in der Abnutzung der Vertriebsnetze. Nach Angaben des Energieministeriums der Ukraine beträgt der Verschleiß des Verteilungskomplexes etwa 66 % (Energy, 2005; Concern 2013). Die Ausrüstung von Umspannwerken ist zu 70 % abgenutzt, Stromleitungen zu 40 % (Zhornyak, 2010). Darüber hinaus ist ein Trend erkennbar: Je niedriger die Spannung der Netze, desto stärker verschleißen sie. Das stabile Wachstum des Stromverbrauchs und die Starrheit der Stromnutzungsregime erfordern eine dringende Modernisierung der Stromnetze.

Die Ursachen für Notfälle sind auch veraltete Ausrüstung, unzuverlässiger Betrieb der Ausrüstung selbst aufgrund technischer Ausfälle und fehlerhafte Arbeit des Wartungspersonals (Zhornyak, 2010). Die fahrlässige Haltung des EG gegenüber seinen elektrischen Anlagen im Aggregat führt zu einer Verschlechterung des SCE. Um den menschlichen Faktor aus dem Anwendungsbereich des BOT herauszunehmen, ist es notwendig, den Automatisierungsgrad der Erzeugungs- und Verteilungssysteme zu erhöhen.

Tabelle 13.4 – wahrscheinlichste Ursachen für die PQ-Verschlechterung (Gerliga 2011; Zhornyak 2010)

Eigenschaften elektrischer Energie	KE-Anzeige	Die wahrscheinlichsten Schuldigen für die Verschlechterung der CE
Spannungsabweichung	Spannungsabweichung δUv.
Spannungsschwankungen	Spannungsschwankungsbereich δUt . Flickerdosis P t	Verbraucher mit stark schwankender Last
nicht sinusförmige Spannung	Verzerrungsfaktor der Sinuswellenspannung K U . Koeffizient n und harmonische Spannungskomponente KU(n)	Verbraucher mit nichtlinearer Last, MK
Asymmetrie des dreiphasigen Spannungssystems	Unsymmetriefaktor der Gegensystemspannung bis 2U Unsymmetriefaktor der Nullsystemspannung Bis 0U	Verbraucher mit asymmetrischer Belastung, MK
Frequenzabweichung	Frequenzabweichung δf	Also, generierende Unternehmen
Spannungseinbruch	Spannungseinbruchdauer Δ T N
Spannungsimpuls	Stoßspannung Du Kobold
vorübergehende Überspannung	Temporärer Überspannungsfaktor K Fahrbahn U

Eine schwache Netzspannung ist ein sehr ernstes Problem, das am häufigsten bei einsetzender Kälte auftritt. Wenn Sie mit der Tatsache konfrontiert werden, dass die Spannung in den Steckdosen 200 Volt oder weniger beträgt, müssen Sie so schnell wie möglich nach der Ursache der Störung suchen, da dies nicht nur mit einer Fehlbedienung von Haushaltsgeräten verbunden ist, sondern auch auch mit ihrem Scheitern. Am anfälligsten für die negativen Auswirkungen einer zu niedrigen Spannung sind Haushaltsgeräte mit Motorlast (Kühlschrank, Gefrierschrank, Klimaanlage, Waschmaschine). In diesem Artikel erklären wir Ihnen, warum möglicherweise eine Unterspannung im Netz vorliegt und wo Sie sich bei diesem Problem anrufen können.

Die Hauptursachen für die Störung

Lassen Sie uns zunächst kurz überlegen, warum die Spannung im Netzwerk unter den zulässigen Werten (gemäß) liegen kann, und dann überlegen, was in jedem der oben genannten Fälle zu tun ist. Die Hauptgründe für Unterspannung in einem Privathaus oder einer Wohnung sind also:

Unzureichender Abschnitt des Eingangskabels, das von der Hauptstromleitung zu Ihrem Haus abzweigt.
Schlechte Kontaktverbindung zur Stromübertragungsleitung.
Falsch gewählter Leiterquerschnitt, Sammelschienen zum Anschluss von Schutzeinrichtungen und Abzweigungen von Verdrahtungsleitungen, unzuverlässiger Kontakt der Anschlüsse in der Eingangsschalttafel.
Überlastung des Transformators in einem Umspannwerk.
Unzureichender Abschnitt der Hauptstromleitung.
- Die Belastung jeder Phase des Transformators ist ungleichmäßig (z. B. ist eine Phase überlastet, der Rest ist unterlastet).
Unzuverlässiger Kontakt oder auf der Versorgungsleitung. Im Falle einer Verletzung der Integrität der Kontaktverbindung des Neutralleiters der Hauptstromübertragungsleitung oder bei deren völliger Unterbrechung kommt es zu einem erheblichen Spannungsungleichgewicht im Netz: Bei einigen Verbrauchern kommt es zu einer zu hohen Spannung, bei anderen wiederum zu einer Überspannung wird unter akzeptablen Werten liegen.

Dies sind die häufigsten Ursachen für sehr niedrige Spannung im Netz privater Häuser und Wohnungen. Wie Sie wissen, gelten die ersten drei Gründe nur für Sie und Sie müssen das Problem selbst lösen. Die letztgenannten Situationen müssen gemeinsam mit den Nachbarn gelöst werden, indem Beschwerden an die zuständigen Behörden gerichtet werden. Als nächstes verraten wir Ihnen, was Sie selbst tun müssen und wo Sie anrufen können, damit die Ursache der Störung durch übergeordnete Behörden beseitigt werden kann.

Möglichkeiten zur Lösung des Problems

Um die Ursachen für Unterspannung im Netzwerk aufzulisten, betrachten wir auch Methoden zur Fehlerbehebung.

Als erstes sollten Sie prüfen, ob beim Nachbarn Unterspannung herrscht oder ob die Unterspannung nur in Ihrer Nähe vorhanden ist. Wenn sich herausstellt, dass es in benachbarten Häusern (oder Wohnungen) keine Probleme gibt, beginnen wir mit der Suche nach einem Problem in der elektrischen Verkabelung des Hauses.

Zuerst müssen Sie die Eingangsmaschine ausschalten und den Spannungswert am Eingang messen: an den Klemmen des Leistungsschalters, an denen das Eingangsstromkabel angeschlossen ist. Wenn es zu diesem Zeitpunkt bereits unter der Norm liegt (gemäß GOST 29322-2014 (IEC 60038:2009) ± 10 % des Nennwerts - 230 Volt, d. h. 207-253 V), dann ist es notwendig, sich an die Stromversorgung zu wenden. da das Problem möglicherweise im Versorgungsnetz liegt (Gründe - S. 4-7). Weitere Informationen zu Spannungstoleranzen finden Sie im Artikel:.

Gemäß dem oben Geschriebenen kann es drei Gründe geben, wenn die Spannung nur für Sie niedrig ist. Beginnen Sie die Fehlerbehebung mit einer Überprüfung. Wenn der Kontakt mit dem Kabel in der oberen Klemme schlecht ist, kann dies durchaus die Ursache für Unterspannung sein. Überprüfen Sie das Gehäuse der Maschine visuell. Wenn es geschmolzen ist (wie auf dem Foto unten), müssen Sie es unbedingt ersetzen. Vergessen Sie danach nicht, den neuen Leistungsschalter richtig anzuschließen – ziehen Sie die Drähte in den Klemmen gut fest.

Achten Sie auch auf den Querschnitt der Leiter und Sammelschienen, die in der Schaltanlage zum Anschluss von Schutzeinrichtungen und Abzweigleitungen verwendet werden – er muss der Last entsprechen, die durch den einen oder anderen Abschnitt des Stromkreises fließt.

Ist die Maschine richtig angeschlossen und weist keine sichtbaren Schäden auf? Stellen Sie sicher, dass der Querschnitt der Eingangsleitung für den Betrieb von Verbrauchern in Ihrem Haus oder Ihrer Wohnung ausreichend ist. Darüber haben wir im entsprechenden Artikel gesprochen. Tatsache ist, dass bei zu geringem Querschnitt die Spannung sinkt, wenn eine erhöhte Last angeschlossen wird.

Wenn der Querschnitt des Hauskabels ausreichend ist, prüfen Sie, wie die Leitung von der Hauptleitung zu Ihrem Eingang verzweigt. Wenn dies der Fall ist, kann mit großer Sicherheit gesagt werden, dass die niedrige Spannung im Haus auf eine minderwertige Abzweigleitung zurückzuführen ist. Bei schlechtem Kontakt erhöht sich der Widerstand im Problembereich, was zu einem Spannungsabfall führt. Auch wenn der Abzweig mit speziellen Klemmen hergestellt ist, überprüfen Sie diese ebenfalls (Zustand des Körpers). Sie können die Klemmen auch überprüfen, indem Sie die Last anschließen. Wenn an dieser Stelle Funken entstehen oder sich der Klemmenkörper zu erwärmen beginnt, müssen Sie das Produkt austauschen.

Noch schlimmer wird es, wenn die Unterspannung im Stromnetz nicht bei Ihnen, sondern beim Stromversorger liegt. Tatsächlich ist die Fehlerbehebung in diesem Fall ziemlich schwierig. Als nächstes sagen wir Ihnen, wo Sie anrufen und sich beschweren können, um das Problem zu lösen, und stellen nun eine Maßnahme vor, die dazu beiträgt, die Spannung im häuslichen Stromnetz zu erhöhen.

Sie wissen wahrscheinlich, was am besten ist, nämlich den Wert von 140-160 Volt auf die gewünschten 220 Volt zu erhöhen. Aus persönlicher Erfahrung kann ich sagen, dass dies die beste Möglichkeit zur Fehlerbehebung ist, denn. Am häufigsten ist die Spannung in der Herbst-Winter-Saison aufgrund der Verwendung von Elektroheizungen niedrig. Der Stabilisator ist nicht so teuer und kann Ihre Haushaltsgeräte auch bei niedrigen Temperaturen schützen, was ebenfalls sehr wichtig ist. Wenn Sie Geld haben, empfehlen wir Ihnen auch die Anschaffung einer unterbrechungsfreien Stromversorgung, die das Problem bei einem Spannungsabfall beseitigen kann, denn. Offline wird Strom liefern. Die Notstromanlagen arbeiten mit 140 Volt, was in unserem Fall super ist. Der einzige Nachteil sind die hohen Kosten. Für ein Modell mit einer Leistung von 5 kW müssen Sie mindestens 35.000 Rubel bezahlen (Preis für 2019).

Angesichts der Kosten des Stabilisators und der Tatsache, dass er bei zu niedriger Spannung (unterhalb des Betriebsbereichs des Spannungsstabilisators) schnell ausfallen kann, ist es daher besser, sich vor dem Kauf an die Versorgungsorganisation zu wenden, um dieses Problem zu lösen. Darüber hinaus kann der Grund in einem Notfall liegen - einer Verletzung der Kontaktverbindung des Neutralleiters an der Hauptleitung, die bei einem vollständigen Nulldurchbruch mit einem noch größeren Spannungsungleichgewicht in den Phasen behaftet ist.

Die Funktionsweise des Stabilisators wird im Video gezeigt:

Einige Experten empfehlen auch, die Unterspannung im Netz mit Transformatoren oder zusätzlicher Erdung zu bekämpfen, wir raten Ihnen jedoch, solche Maßnahmen zu vermeiden. Tatsache ist, dass die Folgen solcher Manipulationen enttäuschend sein können – eine Überspannung von bis zu 300 Volt oder!

Wo man anrufen und sich beschweren kann

Wenn der Grund für die niedrige Spannung der unzureichende Querschnitt der Hauptübertragungsleitung oder die schwache Leistung des Transformators im Umspannwerk ist, ist es noch schlimmer. Für die Modernisierung des Umspannwerks und der Stromleitungen werden Millionen Rubel benötigt, sodass Beschwerden keine Wirkung zeigen, selbst wenn sie schon seit Jahren eingereicht werden. Sie müssen jedoch weiterhin erklären, dass Sie mit der Qualität des Stroms unzufrieden sind, um den Sanierungsfall voranzutreiben.

Wenn Sie nicht wissen, wo Sie anrufen und eine Beschwerde wegen Unterspannung im Netz einreichen können, empfehlen wir Ihnen, sich mit der folgenden Liste vertraut zu machen:

Schreiben Sie eine schriftliche Reklamation an das Energieversorgungsunternehmen.
Erfolgt innerhalb von 30 Tagen nach Eintragung der von Ihnen verfassten Berufung keine Maßnahme, hilft die Staatsanwaltschaft bei der Gewinnung von Energieverkäufen, an die wir ebenfalls die Kontaktaufnahme empfehlen.
Rosprotrebnadzor.
Die Verwaltung der Stadt (Bezirk oder Dorf).
Energieüberwachung.
Öffentliche Kammer.

Bitte beachten Sie, dass alle diese Einrichtungen über eigene offizielle Websites verfügen, die im Internet nicht schwer zu finden sind. Es ist überhaupt nicht notwendig, an den Wänden herumzuhängen und in Schlangen zu stehen. Schreiben Sie einfach der zuständigen Behörde, dass Sie Unterspannung im Netz haben und dass Sie bereits versucht haben, das Problem mit der Energieversorgung zu lösen. Es wäre besser, wenn Sie alle verfügbaren Beweise in einer E-Mail vorlegen würden.

Ein weiterer nützlicher Tipp: Wenn Sie eine Sammelbeschwerde an die Stromversorgung verfassen, beachten Sie GOST 29322-2014 (IEC 60038:2009), wonach die Abweichung von 230 Volt 10 % nicht überschreiten sollte.

Wir hoffen, dass Sie jetzt wissen, was bei Unterspannung im Netz zu tun ist, wo und bei wem Sie sich beschweren müssen, damit die Störung behoben wird! Wir machen Sie noch einmal darauf aufmerksam, dass die Lösung des Konflikts mit der Energieversorgung lange dauern kann. Sie müssen daher sofort einen Stabilisator kaufen, damit nicht alle Haushaltsgeräte im Haus durchbrennen.

Ohne Berücksichtigung der in Abb. dargestellten unvermeidlichen Übergangsprozesse. 10.7 stellen wir fest, dass eine längere Erhöhung oder Verringerung der Netzspannung zu einer Verkürzung der Lebensdauer von Motoren und Netzteilen führt. Ein Rückgang ist aufgrund eines deutlichen Anstiegs des Stromverbrauchs, Störungen und Ausfällen von Elektronik und Computertechnik weniger wünschenswert. Der negative Effekt ist der vollständige Verlust der Versorgungsspannung. Kurzfristige Überspannungen und Einbrüche werden durch transiente Vorgänge im elektrischen System verursacht, begleitet von hochfrequenten Störungen, die zum Ausfall elektronischer Geräte führen. Eine Überspannung kann zum Ausfall des Verbrauchers führen, wenn die Schalt- und insbesondere Schutzeinrichtungen nicht den Anforderungen an Geschwindigkeit und Selektivität genügen.

Was beeinflusst die Qualität der Stromversorgung?

Langfristige Verzerrungen des Spannungsverlaufs wirken sich negativ auf elektrische Leistungsgeräte und Messgeräte aus, insbesondere Spannungsverzerrungen mit „Kerben“-Charakter, die durch das Schalten von Leistungsthyristoren und -dioden in starken Verzerrungsquellen verursacht werden. Am gefährlichsten sind Verzerrungen der Nullkurve. Diese Verzerrungen können zu zusätzlichen Schaltdioden von Netzteilen mit geringer Leistung führen, die Alterung von Kondensatoren beschleunigen und den Ausfall von Computern, Druckern und anderen Geräten verursachen.

Das Problem der Qualität in häuslichen Stromnetzen ist sehr spezifisch. In allen Industrieländern ist der Anschluss von leistungsstarken nichtlinearen Lasten, die die Form der Stromkurven und des Stromnetzes verzerren, nur zulässig, wenn die Anforderungen zur Sicherung der Stromqualität eingehalten werden und entsprechende Korrektureinrichtungen vorhanden sind. In diesem Fall sollte die Gesamtleistung der neu eingeführten nichtlinearen Last 3 ... 5 % der Leistung der Gesamtlast des Energieversorgungsunternehmens nicht überschreiten. Ein anderes Bild zeigt sich in unserem Land, wo solche Verbraucher recht chaotisch vernetzt sind.

Die Erteilung technischer Bedingungen für den Anschluss ist weitgehend formal, da es an klaren Methoden und massenhaft zertifizierten Geräten mangelt, die festlegen, „wer die Schuld trägt“. Gleichzeitig stellte die Industrie praktisch nicht die notwendigen Filterkompensations-, Ausgleichs-, multifunktionalen Optimierungsgeräte usw. her.

Infolgedessen waren die Stromnetze Russlands mit verzerrenden Geräten überlastet.

In einigen Regionen haben sich Komplexe von Stromnetzen und Verteilungsnetzen von Verbrauchern gebildet, die in ihrer Leistung und dem Grad der Verzerrung der Stromkurven einzigartig sind, was das Problem der Versorgung der Verbraucher mit qualitativ hochwertigem Strom erheblich verschärft.

Um die Übereinstimmung der Werte der gemessenen Indikatoren der Stromqualität mit den Normen der Norm zu bestimmen, mit Ausnahme der Dauer des Spannungseinbruchs, der Stoßspannung und des vorübergehenden Überspannungskoeffizienten, wird das minimale Messzeitintervall gleich eingestellt 24 Stunden, entsprechend dem Berechnungszeitraum. Die Gesamtdauer der SQI-Messungen sollte unter Berücksichtigung der zwingenden Einbeziehung der für den gemessenen SQI charakteristischen Arbeitstage und Wochenenden gewählt werden. Die empfohlene Gesamtmessdauer beträgt 7 Tage. Der Vergleich des SCE mit den Normen der Norm muss für jeden Tag der Gesamtmessdauer separat für jeden SCE erfolgen. Darüber hinaus sollten SQI-Messungen auf Wunsch des Energieversorgungsunternehmens oder Verbrauchers sowie vor und nach dem Anschluss eines neuen Verbrauchers durchgeführt werden.

Methoden zur Verbesserung der Stromqualität

Es gibt drei Hauptgruppen Methoden zur Verbesserung der Stromqualität:

Rationalisierung der Stromversorgung, die insbesondere darin besteht, die Leistung des Netzes zu erhöhen und nichtlineare Verbraucher mit erhöhter Spannung zu versorgen;
Verbesserung der IUR-Struktur, zum Beispiel Sicherstellung der Nennlast von Motoren, Verwendung mehrphasiger Gleichrichterschaltungen, Einbeziehung von Korrekturgeräten in den Verbraucher;
Verwendung von Qualitätskorrekturgeräten – Regler eines oder mehrerer Stromqualitätsindikatoren oder damit verbundener Stromverbrauchsparameter.

Aus wirtschaftlicher Sicht ist die dritte Gruppe am vorteilhaftesten, da eine Änderung der Netzwerk- und Verbraucherstruktur zu erheblichen Kosten führt.

Die Gestaltung neuer Verbrauchernetze muss unter Berücksichtigung moderner Qualitätsanforderungen erfolgen, wobei der Schwerpunkt auf der Entwicklung verschiedener Arten von Netzqualitätsreglern liegt. Eine gezielte Einwirkung auf die Veränderung einer Verzerrungsart hat eine indirekte Auswirkung auf andere Verzerrungsarten. Beispielsweise führt die Kompensation von Spannungsschwankungen zu einer Reduzierung der Oberschwingungspegel und zu einer Änderung der Spannungsschwankungen.

Abweichungen sind langsam und werden entweder durch eine Pegeländerung im Leistungszentrum oder durch Verluste in den Netzelementen verursacht (Abb. 10.8). Anforderungen an Abweichungen für die letzten Stromempfänger werden aufgrund erheblicher Verluste in der Kabelleitung und auf den Energiebussen nicht erfüllt. Gesamtverluste l /c.p,%, bestimmt durch den Ausdruck:

Aus der Analyse des Diagramms (siehe Abb. 10.8) können wir schließen, dass es möglich ist, die Anforderungen an Abweichungen durch Regulierung im Leistungszentrum (gpp, rp) und durch Reduzierung von Verlusten in den Netzelementen zu erfüllen.

Die Regelung erfolgt durch Änderung des Übersetzungsverhältnisses des Versorgungstransformators. Zu diesem Zweck sind Transformatoren mit Mitteln zur Regelung unter Last (RPN) ausgestattet oder verfügen über die Möglichkeit, Anzapfungen von Steuerzweigen ohne Erregung (PBV) zu schalten, d. h. mit ihrer Trennung vom Netz für die Zeit des Schaltens der Zweige. Transformatoren mit Stufenschalter ermöglichen eine Regelung im Bereich von ±10 bis ±15 % mit einer Auflösung von 1,25 ... 2,50 %. PBV-Transformatoren haben üblicherweise einen Regelbereich von ±5 %.

Die Reduzierung von Verlusten in Versorgungsleitungen oder Kabeln kann durch Reduzierung des Wirk- und/oder Blindwiderstands erreicht werden. Die Reduzierung des Widerstands wird durch eine Vergrößerung des Leitungsquerschnitts oder den Einsatz von Längskompensationsgeräten (UPC) erreicht.

Die kapazitive Längskompensation der Leitungsparameter besteht in der Reihenschaltung von Kondensatoren im Leitungsabschnitt, wodurch deren Reaktanz abnimmt: X’l = XL XC< Хл.

Schwankungen im Stromversorgungssystem eines Industrieunternehmens werden durch Blindleistungsspitzen von Verbrauchern verursacht. Im Gegensatz zu Abweichungen treten Schwingungen viel schneller auf. Scerreichen 10 ... 15 Hz bei Blindleistungsstoßraten von bis zu zehn oder sogar Hunderten Megavars pro Sekunde. Spanne von Spannungsschwankungen

Aus dem Ausdruck (10.33) folgt, dass es zur Reduzierung von bU erforderlich ist, Xkz oder Blindleistungsspitzen QH der Last zu reduzieren, um die Blindleistungsquellen mit hoher Geschwindigkeit zu reduzieren, die in der Lage sind, Blindleistungsspitzenraten bereitzustellen, die der Art der Last entsprechen Änderung sollte genutzt werden. In diesem Fall die Bedingung

Der Anschluss der Drehzahl führt zu einer Verringerung der Amplituden der Schwingungen der resultierenden Blindleistung, erhöht jedoch deren äquivalente Frequenz. Bei unzureichender Geschwindigkeit kann der Einsatz von IRM sogar zu einer Verschlechterung der Situation führen.

Um die Auswirkungen einer stark schwankenden Last auf empfindliche elektrische Empfänger zu reduzieren, wird eine Lastverteilungsmethode verwendet, bei der am häufigsten Doppeldrosseln, Dreiwicklungstransformatoren mit geteilter Wicklung verwendet werden oder Lasten von verschiedenen Transformatoren gespeist werden. Der Effekt der Verwendung einer Doppeldrossel beruht auf der Tatsache, dass der gegenseitige Induktivitätskoeffizient zwischen den Wicklungen einer Doppeldrossel ungleich Null ist und der Spannungsabfall aufgrund der magnetischen Kopplung um 50 ... 60 % abnimmt Die Drosselwicklungen werden in jedem Abschnitt durch die Formeln bestimmt:

wobei Km der Koeffizient der Gegeninduktivität zwischen den Wicklungen der Reaktorabschnitte ist; XL ist die induktive Reaktanz des Drosselwicklungsabschnitts.

Mit Transformatoren mit geteilter Wicklung können Sie eine stark variable Last (eine Verzerrungsquelle) an einen Zweig der Wicklung des unteren (eine Verzerrungsquelle) und eine stabile Last an den anderen anschließen. Die Beziehung zwischen Änderungen in den Wicklungen wird durch den Ausdruck bestimmt

Die Reduzierung der Spannungsunsymmetrie wird erreicht, indem der Widerstand des Netzwerks gegenüber Strömen der Umkehr- und Nullsequenzen verringert wird und indem die Werte der Ströme selbst verringert werden. Da die Widerstände des externen Netzwerks (Transformatoren, Kabel, Leitungen) für positive und negative Sequenzen gleich sind, ist eine Reduzierung dieser Widerstände nur durch den Anschluss einer unsymmetrischen Last an einen separaten Transformator möglich.

Die Hauptursache für Unsymmetrie sind einphasige Lasten. Wenn das Verhältnis zwischen der Kurzschlussleistung im Netzknoten SK 3 und der Leistung einer einphasigen Last mehr als 50 beträgt, überschreitet der Gegensystemkoeffizient in der Regel nicht mehr als 2 %, was den Anforderungen von GOST entspricht.

Die Unsymmetrie kann durch Erhöhen von SK3 an den Lastklemmen verringert werden. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass leistungsstarke einphasige Lasten über einen eigenen Transformator an 110-220-kV-Busse angeschlossen werden. Die Reduzierung der systematischen Asymmetrie in Niederspannungsnetzen erfolgt durch eine rationelle Verteilung einphasiger Lasten auf die Phasen, sodass die Widerstände dieser Lasten einander annähernd gleich sind. Lässt sich die Asymmetrie nicht mit Hilfe von Schaltungslösungen reduzieren, kommen spezielle Geräte zum Einsatz.

Als solche Ausgleichsgeräte werden asymmetrisches Einschalten von Kondensatorbänken (Abb. 10.9, a) oder spezielle Ausgleichsschaltungen (Abb. 10.9, b) einphasiger Lasten verwendet.

Ändert sich die Asymmetrie nach dem Wahrscheinlichkeitsgesetz, so werden zu ihrer Reduzierung automatische Ausgleichsgeräte eingesetzt, in deren Stromkreisen Kondensatoren und Drosseln aus mehreren kleinen Parallelgruppen rekrutiert und je nach Stromänderung oder umgekehrter Reihenfolge geschaltet werden (der Nachteil ist). zusätzliche Verluste in den Reaktoren). Eine Reihe von Geräten basieren auf der Verwendung von Transformatoren, beispielsweise Transformatoren mit rotierendem Magnetfeld, die eine asymmetrische Last darstellen, oder Transformatoren, die eine phasenweise Spannungsregelung ermöglichen.

So reduzieren Sie die nicht-sinusförmige Spannung

Die Reduzierung des Nichtsinus wird erreicht:

Schaltungslösungen: Zuordnung nichtlinearer Lasten zu einem separaten Sammelschienensystem; Verteilung der Lasten auf verschiedene Aggregate mit parallel dazu geschalteten Elektromotoren; Gruppierung von Wandlern nach dem Phasenmultiplikationsschema; Anschluss der Last an ein System mit höherer Leistung SK 3;
Verwendung von Filtergeräten: Parallelschaltung zur Last schmalbandiger Resonanzfilter; Einbeziehung von Filterkompensationsgeräten; die Verwendung von Filterausgleichsgeräten; die Verwendung von RPM-haltigen Filterkompensationsgeräten;
die Verwendung spezieller Geräte, die sich durch eine geringere Erzeugung höherer Harmonischer auszeichnen: die Verwendung von „nicht sättigbaren“ Transformatoren; der Einsatz von Mehrphasenwandlern mit verbesserter Energieleistung.

Die Entwicklung der modernen Basis der Leistungselektronik und Methoden der Hochfrequenzmodulation hat zur Entwicklung von Geräten geführt, die die Qualität der Elektrizität verbessern – aktive Filter, unterteilt in Reihen- und Parallelschaltung, in Strom- und Spannungsquellen. Daraus ergaben sich vier Grundschaltungen (Abb. 10.10).

In einem als Stromquelle dienenden Wandler dient eine Induktivität als Energiespeicher und in einem als Spannungsquelle dienenden Wandler eine Kapazität. Das Ersatzschaltbild des Leistungsresonanzfilters ist in Abb. dargestellt. 10.11.

Der Filterwiderstand Z bei der Frequenz co beträgt: Wenn XL = Xc bei der Frequenz co, tritt Spannungsresonanz auf, was bedeutet, dass der Filterwiderstand für die harmonische Komponente mit der Frequenz co 0 beträgt.

In diesem Fall werden harmonische Komponenten mit der Frequenz w vom Filter absorbiert und gelangen nicht in das Netz. Auf diesem Phänomen basiert das Prinzip der Konstruktion resonanter Filter.

In Netzen mit nichtlinearen Lasten entstehen in der Regel Harmonische der kanonischen Reihe, deren Ordnungszahl v = 3, 5, 7, ... ist. Die Pegel der Harmonischen mit einer solchen Ordnungszahl nehmen in der Regel mit zunehmender Frequenz ab . Daher werden in der Praxis Ketten parallel geschalteter Filter verwendet, die auf die 3., 5., 7. und 11. Harmonische abgestimmt sind. Solche Geräte werden Schmalband-Resonanzfilter genannt. Wenn XL und Xc der Widerstand der Drossel und der Kondensatorbank bei der Grundfrequenz sind, dann erhalten wir unter Verwendung des Ausdrucks (10.38).

Ein Filter, der neben der Filterung der Oberschwingungen auch Blindleistung erzeugt und Leistungs- und Spannungsverluste im Netz ausgleicht, wird als Filterkompensationsfilter (FKU) bezeichnet.

Wenn das Gerät neben der Filterung höherer Harmonischer auch die Funktionen des Spannungsausgleichs übernimmt, wird ein solches Gerät als Filyro-Balancing-Gerät (FSU) bezeichnet. Strukturell ist die FSU ein asymmetrischer Filter, der an ein lineares Netzwerk angeschlossen ist. Die Wahl der linearen Spannungen, an die die Filterkreise der FSU angeschlossen sind, sowie das Verhältnis der Leistungen der in den Filterphasen enthaltenen Kondensatoren* werden durch die Spannungsausgleichsbedingungen bestimmt.

Somit wirken Geräte wie FKU und FSU gleichzeitig auf mehrere Indikatoren (Nicht-Sinusförmigkeit, Asymmetrie, Spannungsabweichungen). Solche Geräte zur Verbesserung der Qualität elektrischer Energie werden multifunktionale Optimierungsgeräte genannt (Abb. 10.12). Die Zweckmäßigkeit ihrer Entwicklung liegt darin, dass stark wechselnde Belastungen wie Spanplatten gleichzeitig zu einer Verzerrung mehrerer Indikatoren führen, was eine umfassende Lösung des Problems erforderte.

Die Kategorie solcher Geräte umfasst statische Hochgeschwindigkeits-Blindleistungsquellen. Nach dem Prinzip der Blindleistungsregelung lassen sie sich in direkte und indirekte Kompensationsdrehzahlen unterteilen. Solche Geräte mit hoher Geschwindigkeit können Spannungsschwankungen reduzieren. Die phasenweise Regelung und das Vorhandensein von Filtern sorgen für einen Ausgleich und eine Reduzierung der Pegel höherer Harmonischer.

Bei der Entwicklung einer Strategie zur Verbesserung der Stromqualität in Stromnetzen und zur Gewährleistung der Bedingungen der elektromagnetischen Verträglichkeit sollte berücksichtigt werden, dass zur Behebung der Situation erhebliche materielle Ressourcen und ein relativ langer Zeitraum erforderlich sind. Die Entwicklung des gesamten Maßnahmenkomplexes erfordert eine technische und wirtschaftliche Abschätzung der Folgen verminderter Qualität, die aufgrund folgender Umstände schwierig ist:

Der Einfluss der Stromqualität auf die Qualität und Quantität der Produkte sowie auf die Lebensdauer von Stromempfängern ist von wesentlicher Bedeutung. Änderungen der meisten Qualitätsindikatoren im Zeitverlauf sind stochastisch, da sie von den Betriebsmodi einer großen Anzahl von Leistungsempfängern abhängen;
Die Folgen einer verminderten Stromqualität zeigen sich häufig im Endprodukt, dessen qualitative und quantitative Eigenschaften auch von anderen Faktoren beeinflusst werden.
das Fehlen von Berichtsdaten, die es ermöglichen, kausale Zusammenhänge zwischen tatsächlichen Qualitätsindikatoren einerseits und dem Betrieb elektrischer Geräte und der Qualität der Produkte andererseits herzustellen;
schlechte Ausstattung häuslicher Stromnetze mit Mitteln zur Messung von Stromqualitätsindikatoren.

Um jedoch das erforderliche bereitzustellen GOST 13109 - 97 Indikatoren ist es erforderlich, eine Reihe organisatorischer und technischer Maßnahmen durchzuführen, die darauf abzielen, die Ursachen und Quellen von Verstößen zu ermitteln und in der individuellen und zentralen Unterdrückung von Störungen bei gleichzeitiger Gewährleistung einer erhöhten Störfestigkeit von verzerrungsempfindlichen Leistungsempfängern zu bestehen.

Idealerweise sollte das Stromversorgungssystem eine konstante Versorgungsspannung, Frequenz und Sinuswellenform liefern. Aufgrund der Impedanz der Systemkomponenten ungleich Null, plötzlicher Laständerungen und anderer Phänomene wie Transienten und Stromausfälle sieht die Realität jedoch oft anders aus. wird verwendet, um zu beschreiben, wie sich ein reales Stromversorgungssystem von einem idealen unterscheidet:

Wenn die Stromqualität des Netzwerks hoch ist, arbeiten alle daran angeschlossenen Lasten ordnungsgemäß und mit maximaler Effizienz. Die Betriebskosten der Anlage und ihre Auswirkungen auf die Umwelt werden minimal sein;
Wenn die Stromqualität des Netzes schlecht ist, kommt es zu Ausfällen der angeschlossenen Verbraucher und die Lebensdauer dieser Verbraucher wird verkürzt. Effizienz Installationen werden reduziert, die Betriebskosten werden hoch, die negativen Auswirkungen auf die Umwelt werden zunehmen und in bestimmten Fällen wird es überhaupt unmöglich sein, zu arbeiten.

Zur Bestimmung der Stromqualität wurden verschiedene Indikatoren eingeführt, die wir weiter berücksichtigen möchten.

Die Kosten einer schlechten Stromqualität

Eine schlechte Stromqualität kann definiert werden als die Möglichkeit, dass im Stromnetz ein Ereignis auftritt, das zu wirtschaftlichen Verlusten führt. Mögliche Folgen einer schlechten Stromqualität:

unerwartete Stromausfälle (Leistungsschalter, durchgebrannte Sicherungen usw.);
Geräteausfall oder Fehlfunktion;
Überhitzung von Geräten (Transformatoren, Motoren usw.), was zu einer Verkürzung ihrer Lebensdauer führt;
Schäden an empfindlicher Ausrüstung (Computer, Prozessliniensteuerungssysteme usw.);
Eingriffe in elektronische Kommunikationsmittel;
Anstieg der Verluste im System;
die Notwendigkeit, überdimensionierte Elektroinstallationen zu verwenden, um der zusätzlichen elektrischen Belastung standzuhalten, was zu einer entsprechenden Vergrößerung der Installationsabmessungen, der Betriebskosten und der Auswirkungen auf die Umwelt führt;
Bußgelder, die von Stromlieferanten im Falle erhöhter negativer Auswirkungen von Lasten auf das Stromversorgungsnetz verhängt werden;
die Unmöglichkeit, neue Anlagen anzuschließen, da diese das Stromversorgungssystem übermäßig beeinträchtigen;
negative Auswirkungen auf das Sehvermögen im Zusammenhang mit Schwankungen der Helligkeit oder des Spektrums von Lichtquellen (Flimmern);
Gesundheitsprobleme und verminderte Produktivität des Personals usw.

Zur Verschlechterung der Qualität des Niederspannungsstroms tragen vor allem folgende Faktoren bei:

Blindleistung, die das Stromversorgungssystem nutzlos belastet;
Verschmutzung durch Oberschwingungen, die zu einer zusätzlichen Belastung des Netzes führt und die Effizienz elektrischer Anlagen verringert;
Lastungleichmäßigkeiten, insbesondere in Bürogebäuden; unsymmetrische Lasten können zu einer übermäßigen Spannungsunsymmetrie führen, die sich auf andere Lasten auswirkt, die an dasselbe Netzwerk angeschlossen sind, sowie zu einem Anstieg des Neutralleiterstroms und der Spannung zwischen Neutralleiter und Erde;
schnelle Spannungsänderungen (Flimmern).

Alle diese Phänomene sind potenzielle Ursachen für einen ineffizienten Betrieb elektrischer Anlagen, eine Funktionsunfähigkeit des Systems, eine verkürzte Lebensdauer der Geräte und dementsprechend hohe Betriebskosten elektrischer Anlagen.

Ein Produktionsstopp aufgrund schlechter Stromqualität führt zu wirtschaftlichen Verlusten. Dies wird durch Tabelle Nr. 1 veranschaulicht, die typische Daten zu wirtschaftlichen Verlusten in verschiedenen Branchen bei Unfällen (Ausfällen) aufgrund schlechter Stromqualität in Elektroinstallationen enthält.

Tabelle Nr. 1. Beispiele für Werte wirtschaftlicher Verluste aufgrund von Unfällen aufgrund schlechter Stromqualität

Industrie	Verluste für einen Fall, €
Halbleiterfertigung (*)
Finanzmarkt (*)	6.000.000 pro Stunde
Rechenzentrum (*)
Telekommunikation (*)	30.000 pro Minute.
Stahlindustrie (*)
Glasindustrie (*)
Offshore-Plattformen	250.000 - 750.000 pro Tag
Ausgrabung/Verbesserung	50.000 – 250.000 pro Tag

Die in Tabelle Nr. 1 (*) markierten Daten stammen aus der Stromqualitätsumfrage des Europäischen Kupferinstituts aus dem Jahr 2002. Die übrigen Daten stammen aus der ABB-Forschung.

Neben den wirtschaftlichen Verlusten durch Produktionsausfälle kann bei schlechter Netzqualität ein weiterer Kostenfaktor identifiziert werden, der mit zusätzlichen Wirkleistungsverlusten durch das Vorhandensein harmonischer Verzerrungen in den Netzkomponenten, also Transformatoren, Kabeln und Motoren, verbunden ist. Da diese Verluste durch die Kraftwerke des Stromversorgers ausgeglichen werden müssen, können wirtschaftliche Verluste und zusätzliche CO 2 -Emissionen von ihm getragen werden. Die genauen Werte dieser Verluste hängen von den jeweiligen Stromtarifen und der Art der Stromerzeugung ab. Beispielsweise haben Kernkraftwerke fast keine CO 2 -Emissionen, im Gegensatz zu Kohlekraftwerken, die etwa 900–1000 g pro 1 kW erzeugter Leistung ausstoßen.

Eine mögliche Methode zur theoretischen Abschätzung zusätzlicher Verluste durch Oberschwingungen in Transformatoren ist in IEEE C57.110 angegeben. Die Ergebnisse der Berechnung hängen von den spezifischen örtlichen Gegebenheiten ab und können in der Größenordnung von mehreren tausend Euro pro Jahr liegen . Dies entspricht einem CO 2 -Ausstoß von mehreren Tonnen pro Jahr. Daraus lässt sich schließen, dass bei Anlagen mit Lasten, die eine erhebliche Oberwellenbelastung verursachen, die Betriebskosten erheblich sein können.

Die Hauptursache für harmonische Verzerrungen sind derzeit die Lastoberschwingungsströme in einzelnen elektrischen Anlagen. Diese harmonischen Ströme, die durch die Netzimpedanz fließen, erzeugen gemäß dem Ohmschen Gesetz eine harmonische Spannung, die zu allen an die Elektroinstallation angeschlossenen Verbrauchern fließt. Infolgedessen kann es bei einem Benutzer mit Lasten, die Oberschwingungen erzeugen, zu Problemen mit der Stromqualität kommen. Darüber hinaus gelangen die ungefilterten Oberschwingungsströme der Elektroinstallation über die Versorgungstransformatoren zum Stromversorger und verursachen harmonische Verzerrungen im öffentlichen Netz. Infolgedessen sind alle Benutzer dieses Netzwerks von harmonischen Verzerrungen betroffen, die von einem anderen Benutzer des Netzwerks verursacht werden und den Betrieb ihrer elektrischen Anlagen beeinträchtigen können.

Um die Auswirkungen dieses Problems zu begrenzen, verfügen die meisten Anbieter über Standards oder Vorschriften zur Stromqualität, die von den Nutzern des Stromnetzes eingehalten werden müssen. Im Extremfall führt die Nichteinhaltung dieser Regeln dazu, dass der Anschluss einer neuen Anlage verweigert wird. Dies kann die Produktion beeinträchtigen und zu Einkommensverlusten des Unternehmens führen.

Terminologie der Netzqualitätsparameter

Blindleistung und Leistungsfaktor (cosφ)

In einem Wechselstromnetz weist der Strom häufig eine Phasenverschiebung gegenüber der Netzspannung auf. Dies führt zum Auftreten unterschiedlicher Leistungsarten (siehe Abb. 1):

Die Wirkleistung P (kW), die Nutzarbeit verrichtet, entspricht dem Teil des Stroms, der mit der Spannung in Phase ist;

Die Blindleistung Q (kvar), die das elektromagnetische Feld aufrechterhält, das beispielsweise zum Betrieb von Motoren verwendet wird, ist die Austauschenergie zwischen den Blindkomponenten des elektrischen Systems (Kondensatoren und Induktivitäten) pro Zeiteinheit. Sie entspricht dem Teil des Stroms, der um 90° phasenverschoben zur Spannung ist;

Die Scheinleistung S (kVA), also die geometrische Summe aus Wirk- und Blindleistung, ist die aus dem Netz entnommene Scheinleistung.

Das Verhältnis von Wirkleistung zu Scheinleistung ist der Blindleistungsfaktor oder cos φ. Dieser Parameter ist ein Maß für die Effizienz der Nutzung elektrischer Energie. Bei cos φ gleich 1 wird Nutzenergie am effizientesten übertragen. Wenn cosφ Null ist, weist dies auf eine äußerst ineffiziente Übertragung der Nutzenergie hin.

Harmonische Verzerrung

Oberwellenverschmutzung wird häufig durch den harmonischen Verzerrungsfaktor (THD) charakterisiert, der dem Verhältnis des Effektivwerts der höheren Harmonischen zum Effektivwert des Grundfrequenzsignals entspricht:

wobei V k die k-te harmonische Komponente des Signals V ist.

Dieser in Prozent ausgedrückte Wert ist aussagekräftig, wenn der Wert der Grundfrequenzkomponente implizit gegeben oder bekannt ist. Daher ist THD vor allem für Spannung relevant, weil Die Nennspannung ist bekannt. Um den Wert des THD des Stroms zu ermitteln, ist es wichtig, den Wert der Grundfrequenz des Stroms zu bestimmen.

Spannungsunsymmetrie

Fortescues Theorie der symmetrischen Komponenten besagt, dass jedes Dreiphasensystem als Summe von drei symmetrischen Sätzen ausgeglichener Vektoren dargestellt werden kann. Der erste Satz hat die gleiche Phasenfolge wie das ursprüngliche System – eine positive Folge. Der zweite Satz hat eine umgekehrte Phasenfolge – umgekehrte Reihenfolge. Der dritte Satz besteht aus drei Vektoren in Phase – Nullsystem oder unipolare Komponenten.

Ein normales Drehstromnetz hat drei Phasen gleicher Amplitude mit einer Phasenverschiebung von 120°. Jede Abweichung (Amplitude oder Phase) führt zu einer Gegensystemkomponente und/oder einer Nullsystemkomponente.

Spannungsunsymmetrie wird normalerweise als das Verhältnis der Gegensystemkomponente zur Mitsystemkomponente definiert und als Prozentsatz ausgedrückt. Streng genommen muss bei der Definition auch der unipolare Anteil berücksichtigt werden. Da jedoch die Gegensequenz den größten Einfluss auf den Betrieb von Direktmotoren hat (durch Erzeugung eines umgekehrten Drehmoments), ist die Definition von Unwucht in der Vergangenheit oft auf die in diesem Abschnitt angegebene beschränkt.

flackern

Laut dem International Electrotechnical Dictionary der International Electrotechnical Commission (IEC) ist Flimmern definiert als „die Wahrnehmung der Instabilität einer visuellen Empfindung, die durch eine Beleuchtung verursacht wird, deren Helligkeit oder Spektralverteilung mit der Zeit variiert.“ In der Praxis führen Schwankungen der Netzspannung zu einer Änderung der Helligkeit der Lampen, was wiederum zu einem visuellen Phänomen namens Flicker (Flimmern) führt. Ein geringes Flimmern mag akzeptabel sein, aber wenn es über einem bestimmten Niveau liegt, fängt es an, die im Raum anwesenden Personen zu stören. Der Grad der Reizung nimmt mit zunehmender Schwingungsamplitude sehr schnell zu. Bei bestimmten Wiederholfrequenzen von Spannungsschwankungen können sich bereits kleine Amplituden bemerkbar machen.

Die Wirkung von Flimmern auf Menschen zu analysieren ist schwierig, da sie nicht nur von technischen Aspekten abhängt, wie etwa den Eigenschaften der Lampen, an die die schwankende Spannung angelegt wird, sondern auch von der individuellen Wahrnehmung dieses Phänomens durch die Augen/das Gehirn eines Menschen Person. In diesem Bereich wurden zahlreiche Studien durchgeführt, beispielsweise von der International Union of Electric Heaters (UIE). Das Ergebnis der durchgeführten Arbeiten waren die Flickerkurven und die technischen Eigenschaften des Flickermeters. Die ursprünglichen Eigenschaften wurden in der Norm IEC 868 dargestellt, die nun durch die Norm IEC 61000-4-15 ersetzt wurde.

Es wurde der Flickerpegel P 1 bestimmt. P kann in 10 Minuten geschätzt werden. (Pst – kurzfristige Flickerdosis) oder 2 Stunden vorher (Plt – langfristige Flickerdosis). Ein Flimmerpegel von 1 entspricht der Menge an Flimmern, die 50 % der Probanden stört und wird als Reizschwelle definiert. Flickerkurven zeigen im Allgemeinen die Amplitude der rechteckigen Spannungsschwingungen, bei der der Flickerpegel bei einer bestimmten Schwingungsfrequenz gleich 1 ist. Manchmal wird auch eine Flickerwahrnehmungsschwelle angezeigt, die unterhalb der Reizschwelle liegt. Auf Abb. 2 zeigt ein Beispiel einer Flickerkurve Pst = 1 für ein 220-V-System.

Vorschriften

Die Regeln der Stromversorger für harmonische Verzerrungen basieren in der Regel auf anerkannten Arbeiten seriöser und unabhängiger Stellen, die die maximal zulässigen Verzerrungsgrade festgelegt haben, bei denen Geräte normal funktionieren können.

Die Grundprinzipien der Regeln lauten wie folgt:

· Begrenzung des Gesamtpegels der vom Verbraucher erzeugten harmonischen Verzerrung (THD-Spannung). Es wird davon ausgegangen, dass, wenn der zulässige Gesamtpegel der harmonischen Spannungsverzerrung beispielsweise 5 % (der Grundschwingungsspannung) beträgt, dieser Grenzwert auf alle angeschlossenen Verbraucher aufgeteilt werden sollte. Es können auch Grenzwerte für einzelne Oberschwingungsanteile eingestellt werden (z. B. 3 %-Grenze für einzelne Spannungsoberschwingungen);

· Umwandlung der zulässigen Spannungsgrenzwerte in Stromgrenzen, die im Stromversorgungssystem fließen können. Aktuelle Grenzwerte können einfach durch Messungen überprüft werden.

Lieferantenbeschränkungen gelten immer am Netzanschlusspunkt, der als Verbindungspunkt zwischen dem Stromlieferanten und der Anlage des Nutzers definiert ist. In den meisten Fällen handelt es sich dabei um die Mittelspannungsebene. Allerdings sind die Projektberater oft der Meinung, dass die Standardgrenzwerte des Lieferanten auf der Niederspannungsebene angewendet werden sollten, da ihr Hauptanliegen darin besteht, an diesem bestimmten Punkt im Netzwerk ein akzeptables Maß an Verzerrung zu erreichen, da in diesem Fall die Niederspannungslasten dies tun würden funktionieren ohne Probleme.

Um die Menge an Blindleistung zu begrenzen, legen viele Anbieter Mindestwerte für den cos φ für die Elektroinstallation fest. Liegt der cos φ der Anlage unter diesem Wert, wird eine Vertragsstrafe erhoben. Ein besonderes Problem stellt in diesem Bereich die Situation dar, wenn erneuerbare Energieerzeugungskapazitäten (z. B. Solarpaneele) lokal zur Erzeugung von Wirkstrom genutzt werden. Dies führt zu einer Verringerung des Wertes von cos φ des aus dem Stromnetz verbrauchten Stroms (der Wirkleistungsverbrauch wird um die Menge an Solarstrom reduziert und die Blindleistung ändert sich nicht). Daher investieren in einigen Ländern Unternehmen in saubere Anlagen Energieversorger werden durch diesen Ansatz indirekt von den Stromversorgern bestraft.

Um die Probleme im Zusammenhang mit Spannungs- und Stromunsymmetrien zu begrenzen, begrenzen Lieferanten normalerweise die maximale Spannungsunsymmetrie des Netzwerks (z. B. auf bis zu 2 %). In Niedersp(z. B. Rechenzentren) ist es nicht ungewöhnlich, dass die Spannung zwischen Neutralleiter und Erde begrenzt ist (z. B. nicht mehr als 2 V), da dies für die ordnungsgemäße Funktion der angeschlossenen Geräte erforderlich ist.

Kompensationsgeräte können erforderlich sein, um die von Energieversorgern oder Beratern festgelegten Oberschwingungsvorschriften einzuhalten und die Zuverlässigkeit und Effizienz der Anlage zu verbessern. Das Schema einer solchen Installation sieht folgendermaßen aus:

Lösung mit stabilem Blindleistungsverbrauch

In der Praxis verbrauchen die meisten normalen nichtharmonischen Lasten in einer elektrischen Anlage (z. B. Induktionsmotoren, Transformatoren usw.) Wirk- und induktive Blindleistung. Daher liegt der Wert ihres cos φ im Bereich von 0 bis 1 (induktiv).

Wenn der cos φ niedrig ist, verringert sich die Leistungsübertragungseffizienz. Bei einigen modernen Lasten, wie beispielsweise drehzahlgeregelten Antrieben oder Computer-Rechenzentrumsgeräten, kann der cos φ auch kapazitiv werden (z. B. 0,9 kapazitiv). Dies kann zu bestimmten Problemen führen, beispielsweise dazu, dass die Kapazität der unterbrechungsfreien Stromversorgungssysteme dieser Lasten reduziert werden muss oder dass der Betrieb dieser Lasten mit dem Generator unter bestimmten Bedingungen nicht möglich ist.

Wenn die Last induktiv und relativ konstant ist, ist es üblich, eine durch ein Schütz geschaltete Kondensatorbank zu installieren (Abb. 4). Drosseln kommen nur dann zum Einsatz, wenn im Netz harmonische Verzerrungen vorliegen.

Der Leistungsfaktorregler vergleicht die im Netz verfügbare Blindleistung mit einem eingestellten Wert (z. B. Sollwert cos φ = 0,95) und schaltet die Kondensatorstufen um, um diesen Wert zu erreichen.

Beim Einsatz dieser Technologie müssen Sie auf folgende Aspekte achten:

Der verwendete Leistungsfaktorregler muss bei harmonischen Verzerrungen ordnungsgemäß funktionieren und den Betrieb mit rückspeisefähigen Lasten unterstützen.
Beim Schalten von Kondensatorstufen mittels Schützen können die Anlaufströme sehr hoch sein, was zu erheblichen Verzerrungen der Netzspannung führen kann. Ein Beispiel für eine solche Situation ist in Abb. 6 zeigt das Ergebnis des Anschlusses eines 50-kvar-Kondensators an ein schwaches Netzwerk.

Auf Abb. In Abb. 5 ist ersichtlich, dass der Maximalwert des Stroms während des Übergangs 4000 A erreicht. Solche Stromwerte führen zum Auftreten eines Spannungsübergangs mit erheblichen Änderungen seiner Größe. Dieser Spannungsstoß kann empfindliche Geräte, wie sie beispielsweise in Krankenhäusern verwendet werden, beeinträchtigen. Daher gestatten einige Energieversorger das Schalten großer Kondensatorstufen mittels Schütze nicht.

Wenn im Netzwerk harmonische Verzerrungen auftreten, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass Oberwellen bei Frequenzen vorhanden sind, die gleich oder nahe der Resonanzfrequenz der Kondensatorbank sind. Dies kann zu einer Verstärkung der Oberwellen aufgrund von Resonanzen führen und viele technische Probleme im System verursachen. Betrachten Sie beispielsweise die harmonische Verzerrung der Spannung und die Überlastung der Kondensatorstufe, wenn ein 600-kVA-Transformator eine 200-kW-DC-Antriebslast speist.

Das Gleichstromantriebssystem wird durch eine Motorlast ersetzt, die erfolgreich durch eine 125-kvar-Kondensatorbank (5 Stufen von 25 kvar) kompensiert wird. Tabelle Nr. 2 zeigt die resultierenden Werte von cos φ, Spannungsharmonischer Verzerrungsfaktor (KHIU) und Überstrom der Kondensatorbank, wenn ihre Stufen verbunden werden, um den eingestellten Wert cos φ = 0,92 zu erreichen.

Tabelle Nr. 2. Werte von cosφ, CHUU und Überlastung der Kondensatorstufe für verschiedene Konfigurationen der 125-kvar-Kondensatorbank

In Verbindung gebracht Kondensatorstufen	resonant Frequenz f r , Hz	Resultierender cosφ

	1050 (nahe der 21. Harmonischen)
	740 (nahe der 15. Harmonischen)
	603 (nahe der 12. Harmonischen)
4 (100 kvar)	522 (nahe der 11. Harmonischen
5 (125 kvar)	467 (nahe der 9. Harmonischen)
* - bezogen auf den Nennstrom des Kondensators. Der Wert 100 % entspricht dem Nennstrom.

Aus Tabelle Nr. 2 ist ersichtlich, dass aufgrund der Resonanz bei unterschiedlichen Frequenzen bei Anschluss einer unterschiedlichen Anzahl von Stufen die harmonische Verzerrung der Netzspannung deutlich ansteigt. Dies führt zu Störungen im Betrieb anderer an dieses Netz angeschlossener Verbraucher. Darüber hinaus wird der Kondensator bei jedem Schaltzyklus mit Strom überlastet, der seinen Nennstrom deutlich überschreitet. Dies führt in der Regel zu einem vorzeitigen Ausfall kapazitiver Elemente.

Durch die Ausstattung von Kondensatorbänken mit Antiresonanzdrosseln können Probleme vermieden werden. Der Induktor ist in Reihe mit dem Kondensator geschaltet, wobei die Resonanzfrequenz des Kondensator- und Induktorkreises deutlich niedriger gewählt ist als die Frequenz der im Netzwerk vorhandenen ersten harmonischen Komponente. Der praktische Wert des Verstimmungsfaktors p beträgt 7 % für Industrienetze und 12,5 bzw. 14 % für kommerzielle Netze. Die Beziehung zwischen dem Wert von p und der Resonanzfrequenz der Schaltung wird durch Ausdruck (1) bestimmt.

Dabei ist f 1 die Netzfrequenz in Hz, f tuning die Resonanzfrequenz des LC-Kreises in Hz, p der Verstimmungsfaktor des LC-Kreises in absoluten Werten (z. B. 0,07).

Tabelle Nr. 3 zeigt die Netz- und Batterieparameter für dasselbe Beispiel, als die vorhandene Kondensatorbank durch eine Kondensatorbank mit verstimmten Drosseln mit einem Verstimmungsfaktor von 7 % ersetzt wurde.

Tabelle Nr. 3. Werte von cosφ, THDU und Überlastung der Kondensatorstufe für verschiedene Konfigurationen einer 125-kvar-Kondensatorbank mit Antiresonanzdrosseln

Verbundene Kondensatorstufen	Resultierender cos φ	Überstrom-Kondensatorbank *, %




4 (100 kvar)
5 (125 kvar)
* - bezogen auf den Nennstrom des Kondensators. Ein Wert von 100 % entspricht dem Nennstrom. Die Versorgungsspannung beträgt 110 %. Daher beträgt die Stromüberlastung bei einer Frequenz von 50 Hz 110 %.

Aus Tabelle 3 lässt sich schließen, dass die Verwendung einer geeigneten Antiresonanzdrossel die Belastung des Stufenkondensators auf ein akzeptables Maß reduziert. Es zeigt sich auch, dass eine Kondensatorbank mit entsprechenden Antiresonanzdrosseln die harmonischen Verzerrungen der Netzspannung reduzieren kann.

Lösungen für sich schnell ändernde Blindleistungsverbräuche

Ändert sich die benötigte Blindleistungsmenge schnell oder ist sie sehr groß, können durch Schütze geschaltete Kondensatorbatterien aus den oben beschriebenen Gründen nicht eingesetzt werden. In diesem Fall werden üblicherweise thyristorgesteuerte Kondensatorbänke verwendet. Diese Anwendungen häufig:

die Effizienz der Energieübertragung ist aufgrund des niedrigen cos φ der Anlage sehr gering (z. B. 0,3–0,5);
Die maximale Stromaufnahme ist so hoch, dass es beispielsweise beim Starten des Motors zu einem unzulässigen Spannungsabfall und (oder) zum Auftreten von Flicker kommt.

Auf Abb. 6 zeigt beispielhaft die Blindleistungsaufnahmekurve eines Hafenkrans, die in den meisten Fällen durch herkömmliche schützgesteuerte Kondensatorbatterien nicht kompensiert werden kann.

Es gibt verschiedene Arten von thyristorgesteuerten Kondensatorbank-Steuerungssystemen. Bei manchen Geräten wird das Schütz einfach durch einen Thyristor ersetzt, ohne das Schaltmoment zu optimieren. In diesem Fall ähnelt der Übergang dem einer durch Schütze gesteuerten Batterie (siehe Abbildung 4). Dies lässt sich aus der Analyse des Ersatzschaltbildes des Schaltkreises erkennen.

Die Charakteristik des Übergangsprozesses dieser Schaltung kann mit dem Ausdruck bestimmt werden:

,(2)

Dabei ist V N der Momentanwert der Netzspannung, V C der Momentanwert der Spannung am Kondensator, С der Wert der Kapazität, Ф, L der Wert der Induktivität, H.

Der Übergangsprozess wird beobachtet, wenn der Zeitpunkt des Umschaltens nicht dem Zeitpunkt entspricht, an dem V N gleich V C ist. Auf Abb. 9 zeigt eine Ansicht des Einschwingvorgangs bei korrekter Einschaltung der Stufe der thyristorgesteuerten Batterie.

Anders als im Beispiel in Abb. 5 gibt es hier keinen signifikanten Übergang, wenn die Kondensatorbank richtig ausgelegt ist. Diese Lösung eignet sich auch für empfindliche Lasten, auch wenn sich die Lasten kaum ändern.

Neben der sanften Anbindung großer Blindleistungen werden thyristorgesteuerte Kondensatorbänke auch zur Kompensation von Spannungsabfällen und zur Eliminierung von Flicker eingesetzt.

Es ist zu beachten, dass die Ursache für den Spannungsabfall im System nicht nur Blindleistung, sondern auch Wirkleistung ist. Daher haben die besten thyristorgesteuerten Kondensatorbänke die Funktion, den Spannungsabfall aufgrund beider Stromkomponenten zu kompensieren. Dies ist besonders wichtig bei einem schwachen Netzwerk mit einem niedrigen Verhältnis von Reaktanz zu Wirkwiderstand und einem relativ hohen Last-cos φ (z. B. Brechern). Unter diesen Bedingungen ist es wahrscheinlicher, dass Spannungsänderungen aufgrund von Änderungen der Wirkleistung auftreten. Der Einsatz einer Kondensatorbank, die den Spannungsabfall aufgrund der aktiven Leistungsübertragung nicht kompensieren kann, führt meist zu unbefriedigenden Ergebnissen.

Um Flimmern zu kompensieren, ist es sehr wichtig, eine ideale Kompensationscharakteristik zu erhalten, also dass die Ansprechzeit der Kondensatorbank ausreichend kurz und die Schrittweite so klein wie möglich ist. Auf Abb. 10 zeigt die Spannfür eine thyristorgesteuerte Kondensatorbank, wobei davon ausgegangen wird, dass der Spannungsabfall beim Einschalten des Kompensators vollständig auf Null reduziert wird. Allerdings hat der Kompensator am Anfang und am Ende des Zyklus eine gewisse Reaktionszeit. Es wird davon ausgegangen, dass der Spannungsabfall aufgrund einer plötzlichen Laständerung (z. B. wenn es sich bei der Last um ein Schweißgerät handelt) sofort auftritt.

Tabelle Nr. 4 zeigt die Werte des Flicker-Reduktionsfaktors, die mit einer thyristorgesteuerten Kondensatorbank unter Verwendung der Rechteckkompensationsmethode (Abb. 10) mit einer Verzögerung ΔT = ΔT 1 = ΔT 2 erhalten werden können. Diese Ergebnisse wurden für Lasten erzielt, die sofort starten und stoppen und aufgrund des Stromverbrauchs bei der Grundfrequenz Spannungsschwankungen verursachen. Die Grundfrequenz wird mit 50 Hz angenommen. Die angegebenen Werte sind Näherungswerte und beziehen sich auf Fälle, in denen die Kompensationsverzögerung Teil des Lastzyklus ist. Der Flicker-Reduktionsfaktor ist definiert als das Verhältnis der Pst-Werte mit und ohne Kompensator.

Tabelle Nr. 4. Abhängigkeit des Flicker-Reduktionsfaktors von der Kompensationsverzögerung ΔТ (rechteckige Kompensationsmethode)

Aus Tabelle Nr. 4 können wir schließen, dass unter diesen Bedingungen eine thyristorgesteuerte Kondensatorbank mit einer Reaktionszeit von mehr als 20 ms das Flickerniveau nicht verringert, sondern erhöht. Die besten Ergebnisse lassen sich mit Geräten erzielen, die sich bei steigender Belastung sofort einschalten.

Eine weitere Kompensationsstrategie ist die Dreieckskompensationsmethode. Bei dieser Strategie reagiert der Kompensator sofort bei Belastung. Der Kompensationspegel ist zunächst niedrig und nach Ablauf der Übergangszeit ΔT ist die vollständige Kompensation erreicht. Bei einem plötzlichen Lastverlust reagiert der Kompensator sofort wieder und nach Ablauf der Übergangszeit ΔT wird die Kompensation vollständig abgeschaltet.

Das Prinzip der Dreieckskompensationsmethode ist in Abb. dargestellt. 11, und die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle Nr. 5 dargestellt.

Tabelle Nr. 5. Abhängigkeit des Flicker-Reduktionsfaktors von der Kompensationsverzögerung ΔТ (Dreieckskompensationsmethode)

Beim Vergleich der Ergebnisse der Flimmerkompensation mit der Dreieckskompensationsmethode und der herkömmlichen Rechteckkompensationsmethode werden die Vorteile der ersteren deutlich, da bei gleicher Kompensationsverzögerung ein höherer Flickerreduktionsfaktor erreicht werden kann. Da eine sofortige Reaktion des Kompensators erforderlich ist, ist klar, dass dies nicht nur mit thyristorgeschalteten Geräten realisierbar ist. Die Umsetzung eines solchen Gerätes ist mit Hilfe eines IGBT-Wandlers möglich.

Aus diesem Abschnitt lässt sich schließen, dass eine thyristorgesteuerte Kondensatorbank für den effektiven Betrieb in einem breiten Anwendungsspektrum über einen transientenfreien Schalter verfügen, in der Lage sein muss, Spannungsabfälle aufgrund des aktiven Leistungsflusses zu kompensieren und je nach Anwendung eine hohe Reaktionszeit haben.

Lösung für harmonische Verzerrungen und Lastungleichgewichte

Um harmonische Verzerrungen zu reduzieren, werden seit vielen Jahren passive Filter eingesetzt und angeboten. In Niederspannungsanlagen wird diese Lösung aus folgenden Gründen immer weniger anwendbar:

die Leistung von Niederspannungsanlagen wächst, dies führt relativ schnell zu einer Überlastung des Passivfilters;
Moderne Lasten (z. B. Frequenzumrichter, moderne Beleuchtungssysteme) haben einen sehr guten cos φ (manchmal sogar kapazitiv). Bei Einbau eines passiven Filters kann es zu einer Überkompensation kommen. Diese Situation kann zusammen mit der begrenzten Fähigkeit typischer Standby-Generatoren, mit kapazitivem cos φ zu arbeiten, zu einer Verringerung der Anlagenzuverlässigkeit führen;
Passive Filter in Niederspannungsanlagen sind in der Regel für Oberschwingungen niedriger Ordnung ausgelegt, während Oberschwingungen hoher Frequenz heutzutage eher Probleme bereiten. Daher kann ein passiver Filter die mit solchen Oberwellen verbundenen technischen Probleme möglicherweise nicht lösen;
Die Filtereffizienz eines passiven Filters wird durch das Verhältnis der Impedanzen des passiven Filters und des Netzes bestimmt und kann daher nicht garantiert werden. Daher ist es nahezu unmöglich, bei der Verwendung passiver Filter die Einhaltung regulatorischer Dokumente sicherzustellen.

Aus den oben aufgeführten Gründen gibt es bei Mittel- und Niederspannungsanwendungen einen weltweiten Trend weg von passiven Filtern hin zu aktiven Filterlösungen.

Die gebräuchlichsten aktiven Filter basieren auf dem Einsatz von Leistungselektronik. Sie werden parallel zu den Abzweigen installiert, die „schmutzige“ Verbraucher versorgen (Abb. 12).

Der Aktivfilter besteht aus einem Leistungsteil und einer Steuerung.

Im Leistungsteil kommt in der Regel ein PWM-Wandler zu IGBT zum Einsatz, der über eine Anpassschaltung an das Netz angeschlossen ist. IGBT-Schalter dienen zur Verstärkung von Steuersignalen, die Strom- und Spannungssignale ausgleichen. Die Kopplungsschaltung enthält einen Ausgangstiefpassfilter, der durch das Schalten des PWM-Wandlers erzeugte Hochfrequenzkomponenten absorbiert und harmonische Kompensationsströme durchlässt.

Anhand aktueller Messungen erhält das Steuerungssystem Informationen darüber, welche Oberwellen im Netzwerk vorhanden sind. Das Steuersystem berechnet dann die Größe der Steuersignale, bei denen es sich um Kompensationsströme handelt, die in das Netzwerk eingespeist werden sollen. Diese Steuersignale werden einem PWM-Wandler zugeführt, der sie verstärkt und in das Netzwerk einspeist.

In der weiterentwickelten PQF-Serie von ABB analysiert der Controller auch benutzerdefinierte Anforderungen und kann für jede Frequenz einen Oberschwingungsstrom (Kompensationsstrom) erzeugen, der zum gemessenen Verzerrungsstrom in entgegengesetzter Phase ist.

Aufgrund ihres Funktionsprinzips werden aktive Filter nicht überlastet, wenn die Belastung über die Nennleistung des Filters hinausgeht, sondern arbeiten weiterhin mit ihrer Nennleistung. Darüber hinaus lassen sich aktive Geräte relativ einfach skalieren, im Gegensatz zu Geräten, die auf passiven Filtern basieren und deren Skalierung oft schwierig ist.

Um über die gesamte Betriebsbandbreite des Filters ein gutes Ergebnis zu erzielen, sind zwei Faktoren entscheidend:

Verwendung eines Feedback-Kontrollsystems;
die Verwendung der Frequenzmethode bei der Verarbeitung und Steuerung des Verzerrungsstroms.

Diese in der PQF-Serie von ABB vorhandenen Faktoren werden im Folgenden ausführlich erörtert. Aktive Filter mit und ohne Rückkopplung unterscheiden sich in der Lage der Messstromwandler (Abb. 13).

In geschlossenen Systemen werden der Laststrom und der Filterkorrekturstrom gemessen und Korrekturen vorgenommen. Dank der Rückmeldung können etwaige Messfehler oder andere Fehler korrigiert bzw. beseitigt werden.

In Systemen ohne Rückführung erfolgt die Messung und Verarbeitung der Ergebnisse der Messung des Laststroms. Anschließend wird das zum gemessenen gegenphasige Referenzsignal der IGBT-Brücke zugeführt. Da keine Rückmeldung erfolgt, kann der resultierende Netzstrom Fehleranteile enthalten, die für das Steuerungssystem nicht sichtbar sind.

Somit können einem rückgekoppelten Regelsystem folgende Eigenschaften zugeschrieben werden, die es von einem Regelsystem ohne Rückführung unterscheiden:

Feedback-Steuerungssysteme ermöglichen es Ihnen, Fehler im Regelkreis und aufgrund externer Störungen zu beseitigen, und Steuerungssysteme ohne Feedback haben eine solche Möglichkeit nicht;
Regelungssysteme mit geschlossenem Regelkreis können genauso schnell reagieren wie Systeme mit offenem Regelkreis, sofern die Regelkreisparameter entsprechend gewählt werden.

Ein weiterer Aspekt des aktiven Filtersteuerungssystems ist die Wahl zwischen einer Zeitbereichsanalysemethode oder einer Frequenzbereichsanalysemethode.

Bei der Methode der Zeitbereichsanalyse wird die Grundfrequenzkomponente aus dem gemessenen Stromsignal entfernt. Anschließend wird das resultierende Signal invertiert und der IGBT-Brücke des aktiven Filters zugeführt. Dabei ist nicht berücksichtigt, dass sich die Eigenschaften des Netzwerks, der Messstromwandler sowie die Eigenschaften der Hard- und Software des aktiven Filters bei unterschiedlichen Frequenzen unterscheiden. Infolgedessen verschlechtert sich in der Praxis die Leistung aktiver Filter, die diese Methode verwenden, mit zunehmender Frequenz.

Bei der Methode der Frequenzbereichsanalyse werden jede Harmonische und ihre entsprechenden Eigenschaften des Systems separat betrachtet, und die Geräteleistung kann für die harmonischen Komponenten in der Betriebsbandbreite des Filters optimiert werden. Daher kann im gesamten Betriebsfrequenzband die gleiche hohe Filterqualität erreicht werden. Auf Abb. 14 ist eine schematische Darstellung eines Filterverfahrens mit Frequenzbereichsanalyse.

Aus dem Vorstehenden lässt sich schließen, dass die beste Filterung mit einem aktiven Filter mit Rückkopplungsregelkreis unter Verwendung einer Einzelfrequenzmethode erzielt werden kann. Solche Filter haben außerdem folgende Vorteile:

für jede Harmonische können Sie Benutzeranforderungen festlegen (z. B. Einhaltung der Anforderungen der Norm);
es ist möglich, einzelne Harmonische auszuwählen, um die Nutzung der Filterressourcen zu optimieren (z. B. wenn es nicht erforderlich ist, die 5. Harmonische zu filtern, die bereits durch ein anderes Filtergerät eliminiert wurde);
präzise Sollwerte für cos φ können eingehalten werden. Dies ermöglicht den Einsatz solcher Filter in Anwendungen, bei denen eine genaue Steuerung des cos φ erforderlich ist, um Störungen im Betrieb der Anlage (z. B. Generatorabschaltungen) zu vermeiden;
Es kann ein feiner Lastausgleich implementiert werden. Dadurch wird der Neutralleiter des Systems entlastet und sichergestellt, dass der Mindestspannungspegel zwischen Neutralleiter und Erde aufrechterhalten wird. Sie können auch einen Lastausgleich bereitstellen, beispielsweise durch USV. Auf Abb. 15 zeigt ein Beispiel für den Ausgleich mit dem aktiven Rückkopplungsfilter PQF von ABB.

Zusätzlich zu den oben genannten Funktionen können fortschrittlichere Filter den Verlust von Betriebsmitteln minimieren und durch zusätzliche Funktionen (z. B. Leistungsreduzierung bei erhöhten Temperaturen usw.) eine höhere Zuverlässigkeit bieten.

PRAKTISCHE ERGEBNISSE

Geräte zur Verbesserung der Stromqualität werden häufig für verschiedene Aufgaben eingesetzt. In diesem Abschnitt werden einige reale Ergebnisse vorgestellt, die mit den leistungsstarken thyristorgesteuerten Kondensatorbänken von Dynacomp und den aktiven PQF-Filtern von ABB erzielt wurden.

Das erste Beispiel betrachtet die Stromqualität von Offshore-Bohrinseln. Solche Energiesysteme haben oft einen niedrigen cos φ, einen hohen Blindleistungsverbrauch und einen hohen Gehalt an Spannungs- und Stromoberschwingungen. Dies führt typischerweise zu einem Rückgang der Produktivität der Bohranlage, was zu möglichen Stillständen und damit verbundenen wirtschaftlichen Verlusten sowie zur Nichteinhaltung von Zertifizierungsanforderungen führen kann. Ein typisches Diagramm einer solchen Installation ist in Abb. dargestellt. 16 (siehe auch Tabelle Nr. 1).

Angesichts der Art der Probleme wurde beschlossen, eine thyristorgesteuerte Kondensatorbank vom Typ Dynacomp von ABB mit 7 % Antiresonanzdrosseln zu installieren. Die Hauptaufgabe der Kondensatoreinheit bestand darin, den cos φ stark zu erhöhen und die harmonische Verzerrung auf ein akzeptables Maß zu reduzieren. Tabelle Nr. 6 zeigt die wichtigsten Parameter der Anlage mit und ohne Kompensator.

Tabelle 6. Hauptparameter der Anlage mit und ohne Kompensator

Elektrische Parameter	Mit Dynacomp (Test 2)	Ohne Dynacomp (Test 3)
Leitungsstrom
Leistungsfaktor
Leitungsspannung
Volle Kraft

Der Anlagenstrom mit und ohne Kompensator ist in Abb. dargestellt. 17.

Analyse von Tabelle Nr. 6 und Abb. 17 lässt den Schluss zu, dass sich die Stromqualität in der Anlage durch den Einbau des Kompensators dramatisch verbessert hat und der Strom- und Stromverbrauch des Kraftwerks stark reduziert wurde. Die harmonische Spannungsverzerrung ist auf ein akzeptables Maß gesunken. Das Ergebnis ist ein effizienterer und störungsfreier Betrieb mit höherer Produktivität: Unter normalen Bedingungen kann ein Generator abgeschaltet werden, während der problemlose Betrieb bei 110 % Last mehrere Wochen lang aufrechterhalten werden kann. Ähnliche Anwendungen auf Offshore-Bohrinseln umfassen manchmal aktive Filter, wenn die Verzerrung sehr stark ist und nicht mit einer thyristorgesteuerten Kondensatorbank allein beseitigt werden kann, oder wenn besondere Anforderungen an den Oberwellengehalt bestehen.

Ein weiteres Problem, das auf Offshore-Plattformen häufig auftritt, ist die Unfähigkeit, zusätzliche Motoren aufgrund des niedrigen cos φ-Werts einzuschalten. Diese Situation ist in Abb. dargestellt. 18, das den Versuch zeigt, einen Motor auf einer Offshore-Bohrinsel zu starten. Aufgrund der Leistungsbegrenzung des Kraftwerks und des niedrigen cos φ der Anlage ist ein Starten des Motors mit möglicherweise gefährlichem Taumeleffekt nicht möglich und daher muss der Motor abgeschaltet werden.

Mit dem Einbau des Kompensators wird die Leistungsaufnahme des Kraftwerks stark reduziert und die verfügbare Leistungsreserve ermöglicht einen erfolgreichen Motorstart. In diesem Fall kann die Anlage bei Nennparametern effizienter arbeiten als vor dem Einbau des Kompensators.

Betrachten Sie als weiteres Beispiel für die Verbesserung der Stromqualität die Entwicklung eines Ölfeldes, in dem es ein zentrales Kraftwerk gibt, das Cluster-Bohr- und Pumpstationen versorgt. Bei der überwiegenden Mehrheit der Lasten handelte es sich um AC-Verstellantriebe. Es gab etwa 40 Cluster mit einer Last von jeweils etwa 2 MW. Ohne aktive Filter auf der Niederspannungsseite des Bienenstocks beträgt KHIU = 12 %, KGII = 27 % (Abb. 19).

Nach dem Einbau aktiver Filter sank KGIU auf 2 % und KGII auf 3 % (Abb. 20). Dies führte zu einer erheblichen Verbesserung der Stromqualität der Buchsen und ermöglichte es der Anlage, die IEEE 519-Grenzwerte einzuhalten und den reibungslosen Betrieb der Buchsen aufrechtzuerhalten.

Das folgende Beispiel betrachtet die Stromqualität eines Schiffes. Das Schiff verfügt über ein Kraftwerk mit zwei Generatoren, die jeweils 600 A erzeugen. Die Hauptlasten waren zwei Gleichstrommotorantriebe. Ohne Kompensation betrug der Strom-THD etwa 25 % und der entsprechende Spannungs-THD etwa 22 %. Der cosφ-Wert der Anlage betrug etwa 0,76. Der typische Treibstoffverbrauch des Schiffes lag im Bereich von 14.000 – 15.000 l/Monat.

Die Anforderungen des Kunden bestanden darin, die harmonische Verzerrung auf ein akzeptables Maß zu reduzieren, um technische Probleme mit den Schiffsmotoren zu vermeiden und die Blindleistung ohne das Risiko einer Überkompensation zu kompensieren. Auf dieser Grundlage wurden ABB-Aktivfilter ausgewählt und installiert. Nach dem Einbau der Filter waren alle technischen Probleme gelöst, aber zusätzlich stellte sich zur Zufriedenheit des Kunden heraus, dass er etwa 10 % der Kraftstoffkosten einsparen konnte. Auf Jahresbasis betrug die Einsparung rund 18.000 Liter. Dies war auf mehrere Faktoren zurückzuführen, vor allem darauf, dass ein Generator aufgrund der verbesserten Stromqualität möglicherweise häufiger abgeschaltet wurde.

Wie in den vorherigen Beispielen gezeigt, kommt es in Industrienetzen häufig zu Problemen mit der Stromqualität aufgrund großer Schadstofflasten. Allerdings ist die Stromqualität auch bei kommerziellen Anwendungen von Bedeutung. In solchen Netzen gibt es normalerweise viele einphasige Schadstofflasten, die folgende Probleme verursachen:

erhöhte harmonische Belastung von Geräten, die im Allgemeinen anfälliger sind als Industriegeräte;
das Auftreten von Resonanz mit Kondensatorbänken aufgrund des Vorhandenseins der 3. Harmonischen bei einer falsch ausgewählten Antiresonanzdrossel oder deren Fehlen;
Überschreitung des Nennstroms des Neutralleiters;
erhöhte Spannung zwischen Neutralleiter und Erde, deren Wert für den Betrieb des Geräts und (oder) aus Sicherheitsgründen unzumutbar sein kann;
das Vorhandensein von kapazitivem cos φ in modernen Servergeräten. Dies kann möglicherweise dazu führen, dass unterbrechungsfreie Stromversorgungssysteme usw. gedrosselt werden müssen.

Auf Abb. Abbildung 21 zeigt ein Bürogebäude, bei dem Probleme mit der Stromqualität auftraten. Die Aufzüge blieben regelmäßig stehen, was zu Unzufriedenheit bei den Nutzern, der Verwaltung der Anlage und dem Eigentümer führte. Darüber hinaus kam es im Betrieb zu einer Überhitzung der Stromkabel und zu weiteren technischen Problemen.

ABB installierte Blinin Kombination mit aktiven Filtern. Damit waren alle Probleme gelöst. Darüber hinaus wurde die eingesetzte Lösung vom örtlichen Stromversorger evaluiert. Er kam zu dem Schluss, dass eine verbesserte Stromqualität zu einer Reduzierung der Treibhausgasemissionen führte, die denen entspricht, die durch die Bewegung von 25 großen Lastkraftwagen entstehen.

Betrachten Sie im letzten Beispiel die Qualität des Stroms in einem renommierten Mehrsternehotel. Das Hotel verfügt über Deluxe-Zimmer, normale Zimmer, Säle und Businesscenter. Typische Lasten sind Hochgeschwindigkeitsaufzüge, Dimmer und andere komplexe Beleuchtungsgeräte sowie typische Bürogeräte, einschließlich Computer, Drucker usw.

Die Arbeit mit solchen Lasten führte zu einer Verschlechterung der Stromqualität, insbesondere der Spannungsstabilität. Gleichzeitig wirkte sich eine Änderung der Lastparameter in einem Gebäudeteil auf die Arbeit der Lasten in anderen Räumen aus. Diese Situation war völlig inakzeptabel, da sie zu einer Verschlechterung der Qualität der erbrachten Dienstleistungen führte. Es wurde daran gearbeitet, eine Lösung zu finden, und nach der Installation der ABB-Filterausrüstung verschwanden die Probleme mit der Stromqualität.

Wir haben mit Ihnen die Aspekte der Bedeutung einer guten Stromqualität, unterschiedliche Einschätzungen wirtschaftlicher Verluste aufgrund schlechter Stromqualität und mögliche Lösungen besprochen. Wir haben herausgefunden, dass die Stromqualität durch Parameter bestimmt wird, die den Grad der Oberwellenverschmutzung, der Blindleistung und der Lastunsymmetrie charakterisieren.

Dem Problem der Sicherstellung der Qualität der elektrischen Energie (QE) in den Stromnetzen Russlands wird seit jeher große Aufmerksamkeit geschenkt. Zur Erstellung allgemeiner Ersatzschaltbilder für Stromversorgungssysteme mit nichtsinusförmigen und asymmetrischen Lasten unter Berücksichtigung der gegenseitigen Beeinflussung der Energieverbraucher wurden viele Methoden entwickelt.

Für dieses Problem gibt es derzeit aufgrund fehlender Stellhebel auf gesetzlicher Ebene keine praktikable Lösung. Bisher hat das Land keine Regelung zur Qualität elektrischer Energie verabschiedet. Die Zertifizierung elektrischer Energie in Russland anhand zweier Indikatoren (konstante Spannungsabweichung und Frequenzabweichung) kann das Problem der Qualitätssicherung in Stromversorgungsnetzen nicht einmal in geringem Maße lösen. In vielerlei Hinsicht ist dies eine obligatorische und kostspielige Maßnahme für Netzwerkorganisationen, und die Nichtzahlung der Abonnenten erschwert diese Aufgabe noch weiter.

Gleichzeitig ist es bereits jetzt möglich, mit geringem finanziellen Aufwand seitens der Netzbetreiber einen wesentlichen Schritt zur Sicherstellung des erforderlichen CE-Niveaus von Netzstromsystemen (SPS) zu machen. Wir sprechen von einem schrittweisen Übergang zu den Grundsätzen des wirtschaftlichen Interesses aller Parteien an der Sicherstellung des erforderlichen PQ, der durch den Grad der Verzerrung der Spannung des Stromnetzes aufgrund von Störungen sowohl seitens des Energieversorgungsunternehmens als auch der Verbraucher bestimmt wird.

Die wichtigsten Punkte hierbei sind:

Praktische Einführung vertraglicher Verpflichtungen zur Aufteilung der gegenseitigen Verantwortung für PQ zwischen Lieferanten und Verbrauchern von Elektrizität;

Entwicklung eines Systems von Maßnahmen zur wirtschaftlichen Förderung oder Bestrafung, abhängig von der Auswirkung des SES-Themas auf die CE im Netzwerk;

Entwicklung technischer Messgeräte und deren Massenproduktion, die eine instrumentelle Umsetzung der beschlossenen wirtschaftlichen Maßnahmen ermöglichen;
- Einführung einer obligatorischen Zertifizierung aller neu angeschlossenen und umgebauten Verbraucher und Kraftwerke hinsichtlich des zulässigen Beitrags (Emission) zur Spannungsverzerrung.

Um die Qualität der Elektrizität in Stromversorgungssystemen sicherzustellen, müssen die Hauptaufgaben gelöst werden:

1. Es ist notwendig, eine Methodik zur Bestimmung des Schuldigen von Verzerrungen im SCE zu entwickeln und offiziell zu genehmigen

2. Sicherstellung des Einsatzes von Strommessgeräten bei gleichzeitiger kontinuierlicher Überwachung ihrer Qualität.

Das derzeit eingeführte Rabatt- und Zuschlagssystem ist im Wesentlichen ein Anreizsystem und wurde unseres Wissens nach noch nicht in die Praxis umgesetzt. Einer der Hauptgründe dafür ist, dass es derzeit keine Geräte gibt, die Leistungsqualitätsindikatoren (PQI) über ausreichend lange Zeitintervalle (mindestens einen Monat) messen und gleichzeitig den verbrauchten Strom berücksichtigen und den Verursacher der eingeführten Energie ermitteln würden Verzerrungen. Eine Schlüsselrolle sollte dabei der flächendeckende Einsatz eines Stromzählers spielen, der anhand seiner Qualitätsindikatoren den verbrauchten (freigesetzten) Strom berechnet. Ein solches Gerät muss über eine hohe Genauigkeit (Klasse 0,5) verfügen und gleichzeitig Wirk- und Blindleistungen (einschließlich Verzerrungsleistungen) in allen Quadranten messen.

Die Qualität der Elektrizität zeigt sich in der Qualität jedes einzelnen elektrischen Empfängers. Moderne Elektrogeräte, auch Haushaltsgeräte, sind zwangsläufig mit einer stabilisierenden Stromversorgung ausgestattet (Kühlschrank, Klimaanlage, Waschmaschine, Geschirrspüler, Computer und Fernseher). Sie sind darauf ausgelegt, die Qualität der elektrischen Energie zu stabilisieren, um die Lebensdauer zu maximieren Gerät selbst. Als geeignete Indikatoren für die Stromversorgung von Geräten beeinträchtigen sie jedoch zwangsläufig die Strom- und Spannungskurven im 220-V-Netz, da sie höhere Harmonische erzeugen. Dies passiert sogar im Leerlauf, wenn der Fernseher angeschlossen ist, aber nicht funktioniert.

Die erzeugten Oberschwingungen wirken stimulierend auf Stromzähler, sie „beschleunigen“ den Zähler, lassen ihn innerhalb seines Fehlerbereichs, aber im Überschätzungsbereich arbeiten.

Warum ist es für den Verbraucher so wichtig, auf die Genauigkeitsklasse zu achten? Welcher Zählerfehler ist rentabler zu wählen?

Im Vergleich beträgt der Fehlerunterschied zwischen den Genauigkeitsklassen 0,5 und 1,0 des Stromzählers 3,0 %. Die jährliche Überzahlung für den Fehler bei der Messung der elektrischen Energie beträgt etwa 30 % der Zählerkosten, in drei Jahren amortisiert sich eine solche Anschaffung vollständig.

Angesichts der ständig steigenden Kosten für elektrische Energie können Sie durch den Einsatz eines Zählers mit einer Genauigkeitsklasse von 0,5 den Verbrauch genau erfassen und Ihr Budget schonen.

Die beste Lösung für den Verbraucher, das elektronische Gerät zur Messung der elektrischen Energie zu ersetzen, wäre ein Zähler mit einer Genauigkeitsklasse von 0,5.

LITERATUR

1. GOST 13109-97. Elektrische Energie. Die Kompatibilität technischer Mittel ist elektromagnetisch. Standards für die Qualität elektrischer Energie in allgemeinen Stromversorgungssystemen. - Minsk: Meschgos. Rat für Normung, Metrologie und Zertifizierung, 1998.

2. RD 153-34.0-15.502-2002. Richtlinien zur Überwachung und Analyse der Qualität elektrischer Energie in allgemeinen Stromversorgungssystemen. - M.: Energoservice, 2002.

3. G.S. Kudryashev, A.N. Tretjakow, O.N. Shpak, Rahmet Halymiyn // Aktuelle Probleme des Betriebs der Maschinen- und Traktorenflotte, des technischen Dienstes, der Energie- und Umweltsicherheit im agroindustriellen Komplex. - Irkutsk: IrGSHA, 2007.

UDC 621.311